Ο ηλιακός άνεμος, ο οποίος μπορεί να ταξιδεύει με εκατοντάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, έχει γοητεύσει τους επιστήμονες εδώ και χρόνια και μια νέα έρευνα που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Nature Astronomy, ρίχνει επιτέλους φως στο πώς σχηματίζεται.
Ο ηλιακός άνεμος προσομοιάζεται με ένα ατελείωτο χιονόνερο ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων που εκπέμπονται από τον Ήλιο στο διάστημα και είναι πολύ μεταβλητός, δηλαδή αλλάζει χαρακτηριστικά όπως ταχύτητα, πυκνότητα και σύσταση, ανάλογα με το τμήμα της επιφάνειας του Ήλιου από όπου προέρχεται. Ο άνεμος μπορεί να ταξιδεύει με ταχύτητα ως και 800 χλμ. ανά δευτερόλεπτο-γνωστός ως «γρήγορος»-και κάτω από 500 χλμ. το δευτερόλεπτο που περιγράφεται ως «αργός».
«Ενώ ο γρήγορος ηλιακός άνεμος είναι γνωστό ότι προέρχεται κυρίως από μαγνητικές διαμορφώσεις γνωστές ως στεμματικές οπές που τον διοχετεύουν έξω στο διάστημα, η προέλευση του αργού ηλιακού ανέμου εξακολουθεί να είναι ελάχιστα κατανοητή. Είναι γνωστό ότι συνδέεται με «ενεργές περιοχές» στον Ήλιο, όπου εμφανίζονται ηλιακές κηλίδες, αλλά οι λεπτομέρειες παραμένουν ασαφείς.
Οι ηλιακές κηλίδες είναι πιο ψυχρές περιοχές στη φωτόσφαιρα του Ήλιου όπου τα έντονα μαγνητικά πεδία συστρέφονται και συγκεντρώνονται. Υποδηλώνουν ενεργές περιοχές του Ήλιου, συχνά υπεύθυνες για ηλιακές εκλάμψεις και εκρήξεις», εξηγεί ο Έλληνας αστροφυσικός που συντονίζει όλες τις ευρωπαϊκές αποστολές της ESA στο πλανητικό μας σύστημα και φυσικά την εμβληματική αποστολή «Solar Orbiter», Γιάννης Ζουγανέλης.
Δρ Γιάννης Ζουγανέλης
Όταν αυτός ο άνεμος χτυπά την ατμόσφαιρα της Γης, μπορεί να οδηγήσει στο εκπληκτικό σέλας, το οποίο αναγνωρίζουμε ως το Βόρειο Σέλας. Αλλά όταν απελευθερώνονται μεγαλύτερες ποσότητες πλάσματος, με τη μορφή εκτίναξης μάζας στέμματος, μπορεί ταυτόχρονα να γίνει επικίνδυνος, προκαλώντας σημαντική δυσλειτουργία σε δορυφόρους και σε συστήματα επικοινωνιών.
Παρά τις δεκαετίες παρατηρήσεων, οι πηγές και οι μηχανισμοί που απελευθερώνουν, επιταχύνουν και μεταφέρουν το πλάσμα του ηλιακού ανέμου μακριά από τον Ήλιο στο ηλιακό μας σύστημα δεν είναι καλά κατανοητές – ιδιαίτερα ο ‘αργός’ ηλιακός άνεμος. Μέχρι να φτάσει ο άνεμος στη Γη, πολλές από τις λεπτομέρειες έχουν ‘θολώσει’, καθιστώντας ουσιαστικά αδύνατο να εντοπιστεί σε συγκεκριμένες περιοχές στην επιφάνεια του Ήλιου.
Το «άγγιγμα» του Solar Orbiter
Το 2020 ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA), με την υποστήριξη της NASA, εκτόξευσε την αποστολή Solar Orbiter, για να μελετήσει όσο πιο κοντά γίνεται τον Ήλιο και την εσωτερική ηλιόσφαιρα – τις αχαρτογράφητες εσωτερικές περιοχές του ηλιακού μας συστήματος – προκειμένου οι επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα, ακόμη και να προβλέψουν, την απείθαρχη συμπεριφορά του άστρου από το οποίο εξαρτάται η ζωή μας.
«Ένας από τους κύριους στόχους της αποστολής είναι να μετρήσει και να συνδέσει τον ηλιακό άνεμο με την περιοχή προέλευσής του στην επιφάνεια του Ήλιου», λέει ο κ. Ζουγανέλης.
Συνδυάζοντας φωτογραφίες και δεδομένα από προηγμένα επιστημονικά όργανα του Solar Orbiter, οι επιστήμονες μπόρεσαν τώρα για πρώτη φορά να προσδιορίσουν με μεγαλύτερη σαφήνεια από πού προέρχεται ο αργός ηλιακός άνεμος. Αυτό τους βοήθησε να καταλάβουν πώς μπορεί ο αργός ηλιακός άνεμος να αφήσει τον Ήλιο και να ξεκινήσει το ταξίδι του στην ηλιόσφαιρα – τη γιγάντια φυσαλίδα γύρω από τον Ήλιο και τους πλανήτες του που προστατεύουν το ηλιακό μας σύστημα από την κοσμική ακτινοβολία.
«Η διαφορά ταχύτητας μεταξύ «γρήγορου» και «αργού» ηλιακού ανέμου αποδίδεται στην προέλευσή του, στο στέμμα του Ήλιου. Ο γρήγορος άνεμος προέρχεται από ψυχρότερες, ανοιχτές περιοχές μαγνητικού πεδίου, ενώ ο αργός άνεμος πιστεύεται ότι προέρχεται από θερμότερους, κλειστούς μαγνητικούς βρόχους που περιστασιακά σπάνε και επανασυνδέονται, επιτρέποντας στο ηλιακό υλικό να διαφύγει», εξηγεί ο Έλληνας αστροφυσικός.
Το Solar Orbiter, που είναι ο πιο περίπλοκος επιστημονικός ανιχνευτής που έχει σταλεί ποτέ για να μελετήσει τον Ήλιο, δοκίμασε αυτή τη θεωρία μετρώντας τη σύνθεση των ρευμάτων ηλιακού ανέμου και συγκρίνοντάς τα με εικόνες της επιφάνειας του Ήλιου, επιβεβαιώνοντας ότι ο αργός άνεμος προέρχεται από περιοχές όπου συναντώνται το ανοιχτό και το κλειστό στέμμα.
«Το Solar Orbiter μπορεί να κάνει τις συνδέσεις δεδομένων από κοντά και από μακριά από τον Ήλιο επειδή διαθέτει όργανα επιτόπου (in situ) μετρήσεων και τηλεπισκόπησης. Τα in situ όργανα μετρούν το πλάσμα του ηλιακού ανέμου και το μαγνητικό πεδίο γύρω από το διαστημόπλοιο, ενώ τα όργανα τηλεπισκόπησης λαμβάνουν εικόνες και άλλα δεδομένα του ίδιου του Ήλιου.
Η δυσκολία είναι ότι οι κάμερες δείχνουν τον Ήλιο όπως φαίνεται τώρα, ενώ τα in situ όργανα αποκαλύπτουν την κατάσταση του ηλιακού ανέμου που απελευθερώθηκε από την επιφάνεια του Ήλιου λίγες μέρες νωρίτερα. Αυτό συμβαίνει επειδή χρειάζεται χρόνος για να φτάσουν τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου στο διαστημόπλοιο ενώ ο Ήλιος έχει ήδη περιστραφεί», λέει ο Δρ Ζουγανέλης.
Χρήση προηγμένου λογισμικού
Για να συνδέσουν τα δύο σύνολα δεδομένων, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν ένα προηγμένο λογισμικό που ονομάζεται Magnetic Connectivity Tool , το οποίο αναπτύχθηκε για να υποστηρίξει την αποστολή Solar Orbiter. Τα πρωτογενή δεδομένα για το εργαλείο συνδεσιμότητας προέρχονται από το Global Oscillation Network Group , μια σειρά από έξι ηλιακά τηλεσκόπια ‘απλωμένα’ σε όλο τον κόσμο που παρακολουθούν συνεχώς τις ταλαντώσεις στην επιφάνεια του Ήλιου. Από αυτές τις παρατηρήσεις, το μοντέλο υπολογίζει πώς διαδίδεται ο ηλιακός άνεμος στο Ηλιακό Σύστημα.
«Τα δεδομένα συλλέχθηκαν μεταξύ 1ης και 9ης Μαρτίου 2022, όταν το Solar Orbiter ήταν περίπου 75 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο, ή περίπου η μισή απόσταση της Γης από τον Ήλιο», διευκρινίζει ο Δρ Ζουγανέλης.
Μέσω της ανάλυσης των διαφορετικών ρευμάτων ηλιακού ανέμου που ανίχνευσε το Solar Orbiter, η ομάδα έδειξε ξεκάθαρα ότι ο ηλιακός άνεμος εξακολουθεί να παρουσιάζει τα «ίχνη» που μεταδίδονται από τις διαφορετικές περιοχές πηγής του, γεγονός που θα διευκολύνει τους ηλιακούς φυσικούς να εντοπίσουν τα ρεύματα πίσω από τα σημεία προέλευσής τους στον Ήλιο.
Τώρα που η ιδέα αποδείχθηκε, ανοίγει μια πληθώρα μελλοντικών δυνατοτήτων για τη χρήση δεδομένων από άλλα διαστημόπλοια κοντά στον Ήλιο, όπως το Parker Solar Probe της NASA και το BepiColombo της ESA, μια αποστολή που κατευθύνεται προς τον πλανήτη Ερμή, για τη μελέτη του ηλιακού ανέμου .
«Το Solar Orbiter προσφέρει την πιο ξεκάθαρη ένδειξη ότι ο αργός ηλιακός άνεμος πηγάζει κοντά στα όρια ανοιχτών και κλειστών μαγνητικών πεδίων στην επιφάνεια του Ήλιου. Αυτό είναι ένα από τα συναρπαστικά αποτελέσματα που παράγονται από αυτή την πρωτοποριακή αποστολή και μας φέρνουν πιο κοντά στο ‘ξεκλείδωμα’ των μυστηρίων της επίδρασης του Ήλιου στο ηλιακό σύστημα», καταλήγει ο Γιάννης Ζουγανέλης.
